Los gases nobles



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Los gases de aire


Van Helmont se anticipó en un siglo a su tiempo. No disponía de medios para recoger determinados gases con el propósito de estudiarlos. Cualquier gas que conseguía obtener se mezclaba con el aire y se perdía.

No obstante, el estudio de los gases alcanzó madurez en el siglo xviii. En 1727, un clérigo inglés, aficionado a las ciencias, Stephen Hales (1677-1761), publicó un libro en el cual describía sus experimentos con gases. Ideó métodos para conducir gases, mientras se iban formando, a través de tubos hasta recipientes de agua en posición vertical. El gas burbujeaba hacia arriba a través del agua, impulsándola fuera del recipiente. Por último, el recipiente tan sólo contenía gas que entonces podía ser estudiado con comodidad. Hales fue capaz de describir algunas propiedades de gases, como el bióxido de carbono de Van Helmont. También estudió aquellos gases que ahora llamamos hidrógeno, monóxido de carbono, metano y bióxido sulfuroso.

Determinados gases son solubles en el agua. Cuando son conducidos a un recipiente de agua, se disuelven en ella y desaparecen. Otro clérigo inglés, un pastor unitario llamado Joseph Priestley (1733-1804), fue el primero en llevar gases dentro de recipientes que contenían mercurio en vez de agua. De este modo, en la década de 1770, se convirtió en el primer investigador en recoger y estudiar gases solubles en agua, como los ahora conocidos por amoníaco y cloruro de hidrógeno.

Sin embargo, todos estos gases eran sustancias especiales producidas en el laboratorio por químicos. El aire, en sí mismo, continuaba siendo el gas, y durante la mayor parte del siglo xviii se le seguiría considerando como un elemento, es decir, como un bloque fundamental constructor del Universo que no podía ser disociado en ninguna otra sustancia más simple1.

Desde luego, el aire puede transportar materias sólidas y líquidas: polvo, hollín, gotitas de agua. Puede también contener vapor de agua y otros líquidos volátiles. Pero si se eliminaban todas esas impurezas por filtración, enfriamiento y secado, lo que quedaba era verdadero aire puro; este residuo era considerado el elemento.

El primer golpe asestado a esta opinión (si bien un golpe leve) se produjo en la década de 1750, cuando un químico escocés, Joseph Black (1728-1799), estudió meticulosamente el bióxido de carbono. Entre otras cosas, descubrió que, cuando este gas era filtrado a través de una sustancia blanca sólida que ahora llamamos óxido de calcio, esta sustancia se podía desmenuzar y se convertía en carbonato de calcio.

Además, Black descubrió que si el óxido de calcio, simplemente, era expuesto al aire, sufría el mismo cambio. Con lentitud, quizá, pero con plena seguridad. Para él, esto parecía indicar que el aire corriente contenía pequeñas cantidades de bióxido de carbono. A pesar de ello, la cantidad de bióxido de carbono presente era difícil de apreciar; podía ser considerada como cualquier otra impureza. La amplia masa del aire seguía pareciendo una sustancia simple.

¿El verdadero avance excepcional se consiguió al explorar los factores de combustión? Cuando se encendía una vela dentro de un recipiente cerrado, sin aire, pronto se apagaba. Sin embargo, la vela no consumía todo el aire. En realidad, tan sólo gastaba, en comparación, una pequeña proporción. Entonces, ¿por qué se apagaba?

Black encargó la solución de este problema a un discípulo suyo, el químico escocés Daniel Rutherford (1749-1819). Rutherford aisló la porción de aire que no era consumida por la vela encendida y descubrió que nada podía arder dentro de dicha porción de aire. Ni podían vivir en ella los ratones. Esto también sucedía con el bióxido de carbono, pero la porción sin consumir del aire no tenía las propiedades del bióxido de carbono. Por ejemplo, no podía convertir el óxido de calcio en carbonato de calcio.

En 1772, Rutherford redactó un informe sobre sus investigaciones acerca del gas en el cual las velas no podían arder. Basaba sus conclusiones en la «teoría del flogisto». En el siglo xviii los químicos creían que la combustión de una sustancia liberaba flogisto en el aire y que únicamente mediante el flogisto podía continuar ardiendo. En consecuencia, Rutherford decidió que su gas era simplemente aire que había absorbido todo el flogisto que podía contener, por lo cual lo llamó «aire flogisticado». En cuanto tuviese todo el flogisto que podía contener, ya no aceptaba más, y nada podía arder en su seno.

Mientras, Priestley estaba estudiando el aire desde otro ángulo. Calentó mercurio hasta que parte de él se combinó con el aire para formar una sustancia pulverulenta, de color rojo ladrillo, que ahora llamamos «óxido de mercurio». Priestley consiguió separar esta combinación de mercurio y aire, la colocó en un recipiente de cristal, y la calentó mediante una amplia lupa que concentraba la luz solar sobre la mezcla. La combinación mercurio/aire se fragmentó; algunas gotitas de mercurio líquido aparecieron en la superficie interior del cristal, y el aire quedó liberado. Pero este aire no era exactamente igual al aire corriente. Los objetos ardían con furia en su seno; en el rescoldo, las partículas estallaban en verdaderas llamas.

Al parecer, el gas de Priestley era la antítesis del gas de Rutherford. El gas de Priestley aparecía como excepcionalmente bajo en flogisto; en consecuencia, aceptaba más flogisto con excepcional rapidez y los objetos ardían vorazmente en su seno. Cuando Priestley informó sobre sus hallazgos en 1774, llamó al gas «aire desflogisticado».

Los trabajos de Priestley llamaron la atención de un químico francés, Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794), que más tarde llegó a ser considerado el «padre de la Química moderna». Pero fue Lavoisier, quien, con algunos otros, introdujo finalmente la terminología química moderna, de modo que hablamos de bióxido de carbono en vez de gas sylvestre y de sulfato de cobre en lugar de «vitriolo azul». Lavoisier, al emplear el término de Van Helmont «gas», fue quien, finalmente, introdujo de manera definitiva su uso en el vocabulario químico.

Lavoisier había estado estudiando el modo en que algunas sustancias ardían y otras se enmohecían. Descubrió que, en cada caso, sólo se consumía una parte del aire. A la luz de los descubrimientos de Priestley, Lavoisier llegó a la conclusión de que, en lugar de dedicarse a experimentar sobre el flogisto, toda la investigación podía quedar fácilmente resuelta suponiendo que el aire no era un elemento, sino una mezcla de por lo menos dos gases, que probablemente eran elementos.

Uno de estos gases, según Lavoisier, podía soportar la combustión. Los objetos inflamables ardían en su presencia y se combinaban con él en el proceso. Lavoisier llamó a este gas oxígeno, derivado de las palabras griegas, oxys, ácido, y gennaõ, engendrar, porque creía que era esencial a la estructura de todas las sustancias agrias (ácidos). En esto, demostró que estaba equivocado, pero el término ha persistido.

El otro gas no podía soportar la combustión. En su presencia, las velas se apagaban y los ratones morían. Lavoisier le denominó «ázoe», del griego a, partícula negativa, y zoe, vida, gas impropio para la vida, pero el término nitrógeno («que produce nitro») fue adoptado más tarde porque el gas era esencial en la estructura del mineral nitro o salitre corriente.

Debido a los estudios que realizara Priestley sobre su «aire desflogisticado», hoy día se le considera el descubridor del oxígeno. Los trabajos de Rutherford sobre el «aire flogisticado» le han convertido en el descubridor del nitrógeno. Sin embargo, el análisis de la situación que hiciera Lavoisier fue más importante que cualquiera de los dos anteriores descubrimientos en sí mismos. Como resultado de los trabajos de Lavoisier, quedó demostrado que el aire filtrado seco tenía una composición de aproximadamente una quinta parte de oxígeno y cuatro quintas de nitrógeno, con mínimas cantidades de otros gases.



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